宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(y社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说ín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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